【導讀】電源用于為電子電路產生適當的電源電壓。選擇電源時，應關注其最大電流能力和允許的輸入電壓范圍，以確保其能夠在電路中正常工作。另外，還要考慮電源的許多其他特性。開關電源的一個非常重要的特性是其控制類型，例如控制環路。應當清楚了解不同穩壓類型各自的優勢，以及選型過程中的考量因素。
電流模式控制
大部分現代開關電源采用電流模式控制架構。這種架構將輸出電壓與設定點的偏差同依賴于電感電流的鋸齒狀電壓斜坡進行比較。通過將輸出電壓與集成于開關穩壓器IC內部的運算放大器（也稱為誤差放大器）進行比較，系統會在滿足條件時終止當前時鐘周期。隨后，系統會根據電感電流值以及輸出電壓與設定點的偏差，調整占空比。這種方式為用戶帶來了一些優勢。控制系統可直接對電感電流的變化做出反應（例如在輸入電壓發生變化時），而無需等待輸出電壓偏離設定點。利用這種類型的控制，可以輕松實現過流限制。電流模式控制最重要的優勢或許在于，它的補償調整非常簡單。補償通過補償引腳VC上的兩個電容和一個電阻實現，本質上決定了控制環路的穩定性和速度。
圖1顯示了一個降壓控制器的控制環路（標記為紅色）。補償元件以藍色顯示。在一些電源轉換器IC中，補償元件不是外置，而是內置。這簡化了設計過程，但功率水平、電感和輸出電容的選擇會受到限制。
圖1.標記為紅色的開關電源控制環路
電壓模式控制
除了電流模式控制，還有基于電壓模式的控制方式。在電壓模式控制下，輸出電壓以與電流模式類似的方式進行調節，但電感電流未被納入調節環節。這種方式存在一些缺點。如果輸入電壓發生變化，控制系統只會在輸出電壓因這種變化而偏離設定點后做出反應。這可能導致控制行為出現延遲。對于電壓模式穩壓器，如果電源需要負載限流，則必須添加限流功能。不過，這種調節類型最嚴重的缺點可能是補償設置要復雜得多。它通常需要3型補償，也就是必須為補償引腳適當選擇兩個電阻和三個電容。在這種控制方式下，當在滿載工作模式（恒定電流導通模式(CCM)）與部分負載工作模式（斷續電流導通模式(DCM)）之間切換時，穩定性行為也會發生變化。這可能會使某些應用的補償設置變得更加困難。
正是這些主要原因，使得當今市場上鮮有新型的電壓模式控制器出現。圖2顯示了一個電壓模式穩壓器及其相應的3型補償。補償元件以藍色顯示。
圖2.控制環路的補償設計頗為復雜，不僅需要在補償引腳上進行補償，還需要在上端反饋電阻上并聯補償網絡
滯回模式控制
除電流模式控制和電壓模式控制之外，還有第三種控制方式。此類穩壓器在反饋路徑中使用滯回比較器，并根據輸出電壓的狀態來調整開關時間和占空比。此類穩壓器在原理上就不穩定，因此無需對其控制環路進行補償。然而，這一優勢也被其他一些缺點所抵消。滯回模式控制的開關頻率不是固定的，而是隨著輸入電壓、負載電流和其他條件而變化。此外，其輸出電壓紋波通常高于電流模式或電壓模式穩壓器。這種拓撲的簡化原理圖見圖3。滯回穩壓器常常被誤解，原因是這種控制方式存在許多衍生形式，而不同衍生形式往往使用不同的名稱。針對滯回控制的不足，業界提出了各種改進方案，例如恒定導通時間控制。
圖3.滯回控制的輸出電壓紋波更高，但無需補償元件
結語
不同類型的電源控制之間存在根本差異。開關電源IC制造商運用不同電路技術來彌補每種調節方式的短板。大多數應用可以基于數據手冊所列性能數據和所執行的電路仿真（例如采用LTspice?進行仿真分析）來選取現代開關穩壓器IC，而無需考慮具體的控制類型。
作者簡介
Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他畢業于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，并積累了豐富經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。
